小白学设计系列~~~ :-)  :-)  工作之余,休息一下,闲聊几笔,也算是整理一下知识吧,都是很简单的东西,请大师不要见笑,请大师们指点。 8-)  8-)  8-)

  • 出品人[Authors] : 崔济东 (Jidong Cui);沈雪龙 ( Xuelong Shen ).
  • 题目[Title] : 土力学有效应力之雨天防滑

有效应力原理是土力学区别于其他力学的一个重要原理,由太沙基(K. Terzaghi)提出,并经Skempton和Bishop改进而被广泛接受。该原理认为饱和土中的压应力由力学效应不同的两部分组成,一部分为孔隙水压力,这部分应力既不产生可觉察的压缩量,也不产生可观的抗剪强度增量,又叫中和应力,另一部分为有效应力,这部分应力对土体能够产生可觉察的变形影响或使土体的抗剪强度增加。公式表示为:

       其中σ为有效应力,σw为孔隙水压力。

关于有效应力原理的发现,有一个有趣的故事。一个下雨天,太沙基大神走在路上,不留神滑了一跤,望着地面上带着水膜的滑痕,先生陷入了沉思:为什么在饱和黏土上快走会滑倒,而在干黏土和饱和砂土上不会滑倒?牛人果然是牛人,太沙基很快发现了其中的道理:作用在饱和土体上的总应力,由作用在土粒骨架上的有效应力和作用在孔隙水上的孔隙水压力两部分组成。前者会产生摩擦力,提供人前进所需要的反力;后者没有抗剪能力。人踏在饱和黏土上的瞬时,总应力转化为超静孔隙水压力,而黏土渗透系数又小,快行一步时间内孔压不会消散并转化为有效应力,因而人快步行走就会滑倒。有效应力原理就这样被发现了。这个故事也告诉我们,在哪里滑倒,就在哪里思考,如果太沙基先生滑倒后,只顾着自己的新西装和接下来的约会,恐怕就发现不了这个重要的原理啦(开个玩笑,牛人与摔不摔跤无关)。

那么如何避免滑倒呢?还是得从基本原理出发,想办法不产生超静水压力或者让超静水压力快速释放,这里给出两个小建议。第一,雨天在黏土地面上行走时,穿上我们祖先发明的木屐。由于木屐与地面接触面积较小,压在黏土上时产生超静水压力的范围较小,土的自由面积相对较大,有利于超静水压力的释放,另外由于屐齿接触面下土的有效应力相对较大,土发生压缩变形,屐齿陷入土中,产生了较大的咬合力,进一步增大了防滑能力,一举两得。可见小小的木屐真乃跋山涉水、居家旅行之必备良品。第二个不成熟的小建议,那就是到海边去。常在泥上走,哪能不摔跤?既然眼前的道路泥泞不堪,何不到诗和远方的海边?海边的砂土渗透率大,饱和的砂土产生的超静水压力能够快速释放,所以在砂土上追逐嬉戏,丝毫不用担心会滑倒。所以经常看到有人在沙滩上打排球、踢足球,而在泥水地上打球的怕是少之又少吧。有图为证,大家自己选咯O(∩_∩)O~。 :-)  :-)  :-)   :-)

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  • 参考文献 ( References)

[01] 太沙基,《理论土力学》

[02] 沈珠江,《理论土力学》

[03] 李广信,《岩坛漫话》

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[书]PERFORM-3D原理与实例 – 第 14 章 – 往复位移加载的两种方法

[Book] PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 14 – Two Cyclic Displacement Loading Method in PERFORM-3D


  • 章节内容简介 [ Chapter Content Abstract ]

低周往复荷载试验是一种拟静力荷载试验,试验中采用较低的加载速率对结构或结构构件施加多次往复循环作用,使结构或结构构件在正反两个方向重复加载和卸载,用以模拟地震时结构在往复震动中的受力和变形特性。低周往复荷载试验方法是目前结构抗震性能研究中广泛采用的一种试验方法。

由于低周往复荷载试验能够体现材料及结构的往复加、卸载特性,因此在学习一款弹塑性分析软件时,对其中的本构或单元建立简单的分析模型进行低周往复加载分析,并将分析结果与预期结果进行对比,有助于理解软件的材料本构和单元特性,也是一种比较愉快的学习弹塑性软件的方法。只有在把握了材料、单元和简单模型的基本特性之后,才能更好地将软件应用于复杂的实际工程。

从软件模拟的角度来看,施加在结构上的往复作用最终体现为结构的往复位移。本书在讲解PERFORM-3D的过程中较多采用了简单模型的低周往复位移加载分析,为便于读者使用本书,本章将对PERFORM-3D中进行低周往复位移加载的两种方法进行详细介绍。

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[14] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 11 章 – 橡胶隔震支座 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 11: Rubber Isolation Bearings )

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[16] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 13 章 – 变形监测单元 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 13: Deformation Gage Element )

[17] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 14 章 – 往复位移加载的两种方法 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 14: Two Cyclic Displacement Loading Method in PERFORM-3D )

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[书]PERFORM-3D原理与实例 – 第 13 章 – 变形监测单元

[Book] PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 13 – Gap-Hook Element


  • 章节内容简介 [ Chapter Content Abstract ]

作为一款结构抗震性能评估软件,PERFORM-3D可以计算和输出各种非线性单元的变形需求-能力比。但对于某些单元,可能存在应变集中,以至于求出的需求/能力比非常大,如果是局部应变集中,以这些单元的需求-能力比作为性能评估的依据就会过于保守。为此,PERFORM-3D提供了一类特殊单元,即变形监测单元(Deformation gage element[1, 2],该类单元不参与有限元的计算,仅用于监测多个单元的平均变形。变形监测单元具有变形能力属性,使得变形监测单元可以像其他单元一样,通过在建模阶段的【Limit States】模块定义基于变形监测单元的变形极限状态,PERFORM-3D可计算和输出基于变形监测单元的平均变形计算的需求-能力比。

PERFORM-3D总共提供了四种变形监测单元,包括轴向应变监测(Axial Strain Gage)单元,梁转角监测(Rotation Gage Beam Type)单元,墙转角监测(Rotation Gage Wall Type)单元,剪切应变监测(Shear Strain Gage)单元。每一种变形监测单元均由相应的变形监测组件组成,所有变形监测组件均在建模阶段的【Component properties】-【Elastic】模块下定义。

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[书]PERFORM-3D原理与实例 – 第 12 章 – 缝-钩单元

[Book] PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 12 – Gap-Hook Element


  • 章节内容简介 [ Chapter Content Abstract ]

结构设计中有一条概念为“强节点弱构件”,指的是构件之间的节点连接应设计得比构件本身强,使得连接的破坏不能先于构件本身的破坏。然而在实际工程中,存在一些情况,连接部位反而不宜做刚做强,比如当连廊本身的刚度较弱时连廊与主体塔楼结构间的连接设计。这种情况下,即使将连廊与主体结构的连接做成刚性,连廊本身也不能起到协调两塔楼变形的作用,反而设置刚性连接后,连廊及连接节点处的受力变得更加复杂,不利于连廊与连接节点的设计[1]。这时可考虑将连廊与塔楼之间做成滑动连接的形式,并设置必要的限复位装置,减少连廊受力的同时又将变形控制在合理的范围内。滑动连接即允许连廊与塔楼的连接节点处有一定的自由变形范围,当连廊与塔楼的相对变形在该自由变形范围内时,连接不受力,当连廊与塔楼相向变形超过自由变形范围时,连接处受压力,当连廊与塔楼背向变形超过自由变形范围时,连接处受拉力。连接处的受拉性能,类似于一对钩子,当钩闭合时受拉,连接处的受压性能,类似于一道缝,当缝闭合时受压,PERFORM-3D[2, 3]中的缝-钩单元(Nonlinear Elastic Gap-Hook Bar)即是对这种受力行为的抽象。

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[书]PERFORM-3D原理与实例 – 第 11 章 – 摩擦摆隔震支座

[Book] PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 11 – Rubber Isolation Bearings


  • 章节内容简介 [ Chapter Content Abstract ]

除了摩擦摆隔震支座外,另一类常用的隔震支座为橡胶隔震支座。本章首先对几种常见的橡胶隔震支座(天然橡胶支座、铅芯橡胶支座及高阻尼橡胶支座)介绍,接着介绍常用的橡胶隔震支座的力学模型,在此基础上讨论PERFORM-3D[1, 2]中橡胶隔震支座单元的特性及参数定义方法,最后通过一榀橡胶隔震框架结构的地震时程分析实例,讲解PERFORM-3D中橡胶隔震支座结构的建模与分析基本过程。

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[书]PERFORM-3D原理与实例 – 第 10 章 – 摩擦摆隔震支座

[Book] PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 10 – Seismic Isolator Friction Pendulum


  • 章节内容简介 [ Chapter Content Abstract ]

摩擦摆隔震支座是一种兼具摩擦耗能和摆动复位功能的金属隔震支座。相比于叠层橡胶隔震支座,摩擦摆型隔震支座能够更加高效地对隔震结构的自振特性进行控制,隔震层的设计对上部结构的质量和刚度等属性的依赖较小,使其应用更为简便。本章首先对摩擦摆隔震支座的基本概念和力学性能做简要介绍,在此基础上介绍PERFORM-3D[1,2]中的摩擦摆型隔震支座单元(Seismic Isolator Friction Pendulum),最后采用PERFORM-3D对一榀摩擦摆隔震框架结构进行动力时程分析,详细讲解PERFORM-3D中摩擦摆隔震支座单元的基本建模过程及参数定义方法。

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[书]PERFORM-3D原理与实例 – 第 9 章 – 屈曲约束支撑

[Book] PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 9 – Buckling Restrained Brace


  • 章节内容简介 [ Chapter Content Abstract ]

屈曲约束支撑(Buckling Restrained Brace,BRB)通过外包约束构造对钢支撑芯材的横向变形进行约束,避免了钢支撑芯材受压屈曲,使得支撑构件在轴向受拉与受压时均能达到材料屈服而不发生屈曲,充分发挥了钢支撑芯材的材料性能,相比于普通钢支撑,是一种耗能更好的支撑构件。本章首先对屈曲约束支撑的基本概念和力学性能做简要介绍,在此基础上介绍PERFORM-3D[1,2]的BRB组件及单元,最后采用PERFORM-3D对一屈曲约束支撑框架结构(Buckling Restrained Brace Frame,BRBF)的低周往复荷载试验进行模拟,详细讲解PERFORM-3D中BRB单元的基本建模过程及参数定义方法。

  • 示例页面 [ Sample Pages ]


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  • 购书链接 [ Links to Buy the Book ]

[1] 中国建筑出版在线(http://book.cabplink.com)

http://book.cabplink.com/bookdetail.jsp?id=64317&nodeid=1439

[2] 京东(www.jd.com)

https://item.jd.com/12084377.html (自营)

https://item.jd.com/12860783272.html

https://item.jd.com/12860780755.html

[3] 当当网(http://www.dangdang.com/)

http://product.dangdang.com/1260359350.html

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  • 相关链接[ Acknowledgements ]

[01] 书《PERFORM-3D原理与实例》 汇总页面 (PERFORM-3D Theory and Tutorials Book Page ) (书籍主页)

[02] [Book][PERFORM-3D Theory and Tutorials — Table of Contents] [目录英文版]

[03] [Book][PERFORM-3D Theory and Tutorials – Foreword ] [前言英文版]

[04] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 1 章 – PERFORM-3D软件介绍 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 1 :  Introduction of PERFORM-3D )

[05] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 2 章 – 入门实例:平面钢框架弹性分析 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 2 : Quick Start Example : Elastic Analysis of Plane Steel Frame)

[06] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 3 章 – 钢筋与混凝土材料的单轴本构关系 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 3 : Uniaxial Constitutive Model of Steel and Concrete Material )

[07] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 4 章 – 塑性铰模型 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 4: Plastic Hinge Model )

[08] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 5 章 – 纤维截面模型 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 5: Fiber Section Model )

[09] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 6 章 – 剪力墙模拟 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 6: Shear Wall Simulation )

[10] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 7 章 – 填充墙模拟 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 7: Infilled Wall Simulation )

[11] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 8 章 – 粘滞阻尼器 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 8: Viscous Damper )

[12] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 9 章 – 屈曲约束支撑 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 9: Buckling Restrained Brace )

[书]PERFORM-3D原理与实例 – 第 8 章 – 粘滞阻尼器

[Book] PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 8 – Viscous Damper


  • 章节内容简介 [ Chapter Content Abstract ]

结构耗能减震是指在主体结构中安装耗能组件,通过耗能组件的非线性滞回耗能,吸收地震输入结构中的能量,从而减轻主体结构的地震反应和损伤。此类耗能组件一般统称为阻尼器。根据阻尼器与位移和速率的相关性,可将阻尼器分为位移相关型阻尼器(如软钢阻尼器、摩擦阻尼器等)、速率相关型阻尼器(如粘滞阻尼器)、位移-速率相关型阻尼器(如粘弹性阻尼器)[1]。本章主要讨论粘滞阻尼器,首先对粘滞阻尼器的基本概念做简要介绍,在此基础上介绍PERFORM-3D[2,3]中提供的粘滞阻尼器组件及单元,最后采用PERFORM-3D对一带粘滞阻尼器支撑的框架结构进行地震动力时程分析,详细讲解PERFORM-3D中粘滞阻尼器单元的基本建模过程及参数定义方法。

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[05] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 2 章 – 入门实例:平面钢框架弹性分析 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 2 : Quick Start Example : Elastic Analysis of Plane Steel Frame)

[06] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 3 章 – 钢筋与混凝土材料的单轴本构关系 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 3 : Uniaxial Constitutive Model of Steel and Concrete Material )

[07] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 4 章 – 塑性铰模型 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 4: Plastic Hinge Model )

[08] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 5 章 – 纤维截面模型 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 5: Fiber Section Model )

[09] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 6 章 – 剪力墙模拟 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 6: Shear Wall Simulation )

[10] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 7 章 – 填充墙模拟 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 7: Infilled Wall Simulation )

[11] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 8 章 – 粘滞阻尼器 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 8: Viscous Damper )

 

偶然发现,电脑字体十分模糊,后经过检查发现,原来是因为Windows系统 没有开启ClearType的缘故…../(ㄒoㄒ)/~~ /(ㄒoㄒ)/~~。于是打开Windows设置,从新开启ClearType,然后整个就变清晰了。终于明白自己的眼睛为什么瞎了…. 8O  8-O  8-O

如下,是开启ClearType之前Chrome浏览器显示的网站效果:

BeforeOpenClearType

打开WIN10电脑设置,搜索ClearType,勾选开启ClearType:

重新开启ClearType后效果:

AfterOpenClearType

电脑显示总体还是清晰了很多……………..无语……………….

如果遇到类似的 WINDOWS 字体模糊 问题的小伙伴,可以试试上面的方法,看是否可以解决。 8-)   8-)   8-)    8-)   8-)


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之前做钢筋混凝土构件试验的时候,想测量钢筋的抗拉强度对应的应变,给后续数值模拟时钢筋参数的取值提供参考。但当时实验室能够自动记录钢筋拉的拉力-位移关系的仪器坏了,试验又紧迫,只能采用古老的仪器做拉伸试验。为了测量上面的参数,当时参考了相关规范,找到了一个比较简便的方法,这个博文介绍一下测量方法。让我们马上进入主题吧 :-) :-)

  • 基本概念 ( Basic Concepts )

我们先来看看几个相关的、十分容易被忽视的钢筋力学属性,如 图 1 所示。

图 1  伸长率 (来源于规范《金属材料 拉伸试验 —— 第1部分:室温试验方法》(GB/T 228.1 —— 2010)

The above figure was modified from the Chinese Code : Metallic Materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature(GB/T 228.1 —— 2010)

上图中:

横坐标 e 为延伸率(Percentage Extension  or Strain);

纵坐标为应力(Stress);

Rm为钢筋的抗拉强度(Tensile Strength of Steel);

Ag为最大力塑性延伸率(Percentage Plastic  Extension at Maximum Force),最大力时原始标距的塑性延伸与引伸计标距之比的百分率;

Agt 为最大力总延伸率(Percentage Total Extension at Maximum Force),最大力时原始标距的总延伸(弹性延伸率加塑性延伸)与引伸计标距之比的百分率;

A为断后伸长率(Percentage Elongation after Fracture),断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率;

At为断裂总延伸率(Percentage Total Extension at Fracture),断裂时刻原始标距的的总延伸(弹性延伸率加塑性延伸)与引伸计标距之比的百分率。

  • 测量方法 ( Measuring Method)

上述变量中,AgAgt即是我们想要测量的参数,具体的测量方法可以参考规范《金属材料 拉伸试验—— 第 1 部分:室温试验方法》(GB/T 228.1 —— 2010)和规范《钢筋混凝土用钢—— 第 2 部分:热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2007),如 图 2 所示。

图 2  伸长率的测量(来源于规范《钢筋混凝土用钢 —— 第 2 部分热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2007)

选择Y、V两个标记,两标记间距在拉伸试验之前大于100mm且位于夹具离断裂点的远端。标记点距离夹具大于20mm和公称直径d的较大值,标记点与断裂点距离大于50mm和2d的较大值。最大值力作用下钢筋的 总延伸率 Agt 和 塑性延伸率 Ag可按以下公式进行计算:

其中 ,L为断裂后标记间的距离;Lo为试验前标记间的距离;Rm为抗拉强度实测值;为弹性模量。

以上这两个公式其实十分有趣, :-) :lol: :-P 。细心的读者可以体会: 为何Agt后面是加上Rm / E,而不是Ag减去Rm / E ?????, 8-)   8-)   8-)   8-)   :-)  。

  • 例子( Example)

由以上公式可知,只要在进行钢筋拉伸试验之前,对钢筋进行标记,然后测量标记前后的长度变化,就可以计算出最大力下钢筋的总延伸率 Agt 和 塑性延伸率 Ag,这两个值可分别作为钢筋极限强度对应的应变和塑性应变的估计。此外,结合钢筋的屈服强度和屈服应变,还可以大致计算出 二折线钢筋本构的 屈服后强化系数,以下给出一个具体的例子。

表 1 实测强度

钢筋直径/mm 钢筋型号 屈服荷载/kN 峰值荷载/kN 屈服强度/Mpa 屈服强度平均值/Mpa 抗拉强度/Mpa 抗拉强度平均值/Mpa
20.00 HRB400 128.00 180.00 407.44 413.80 572.96 575.08
20.00 HRB400 132.00 182.00 420.17 579.32
20.00 HRB400 130.00 180.00 413.80 572.96

表 2 实测延伸率

弹性模量/Mpa 屈服应变 标记距离 断裂后距离 塑性延伸率 总延伸率 强化系数 强化系数平均值
174373 0.00 10.00 11.20 0.11 0.11 0.0091 0.0086
183627 0.00 10.00 11.30 0.12 0.12 0.0077
169689 0.00 10.00 11.20 0.11 0.11 0.0090

表1表 2 是我之前试验时候测量的一组钢筋试验数据,由上表可见,实测的钢筋断后总延伸率为 0.1左右,相应估算的钢筋的二折线骨架曲线的强化系数平均值为0.0086,据此,我们可以大致获得钢筋的应力-应变骨架曲线(图 3)。这些参数可以为后续数值模拟钢材的本构参数取值提供参考!!!。 8-)  8-)  8-)

图 3 钢筋应力-应变关系(Fig 3 Stress-Strain Relationship of Steel) 


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  • 注释 ( Comments )

  ( 如果这篇博文有问题,或有错误,请给出指出,欢迎批评指正,给我评论,或给我发邮件,我的邮箱:jidong_cui@163.com . 如果你喜欢这篇博文,请在上面给我 点个赞 吧! :-)  :-)  :-)

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  • 参考文献 ( References)

[01] 《金属材料 拉伸试验—— 第 1 部分:室温试验方法》(GB/T 228.1 —— 2010)

[02] 《钢筋混凝土用钢—— 第 2 部分:热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2007)

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